EPS控制模块及其控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种EPS控制模块，该EPS控制模块的单片机MCU的安全管理单元SMU和系统基础芯片SBC的故障监控单元Error Monitor之间增设第一连接硬线S1,单片机MCU的输入输出功能模块GPIO和系统基础芯片SBC的安全状态控制单元SSC之间增设第二连接硬线S2。本发明专利技术还提供了一种利用所述EPS控制模块的EPS控制系统和一种EPS控制方法。本发明专利技术能确保程序跑飞异常时统一由硬件关断路径实现关闭助力的动作，降低了中断响应和故障确认时间，大大缩短系统响应时间的同时增加可靠性。本发明专利技术处理故障记录的函数调用与故障时刻相对隔离于前后两次软件运行周期内，对于一般软件处理保存擦写记录较为耗时的操作也转移至MCU重启后的软件运行周期，有效减少了误处理的可能性。

EPS control module and its control system and control method

The invention provides an EPS control module. The first connection hard line S1 is added between the security management unit SMU of the MCU of the EPS control module and the fault monitoring unit Error Monitor of the system-based chip SBC, and the second connection hard line S2 is added between the input and output function module GPIO of the MCU and the security state control unit SSC of the system-based chip SBC. The invention also provides an EPS control system utilizing the EPS control module and an EPS control method. The invention can ensure that when the program runs abnormally, the hardware shutdown path realizes the shutdown assist action, reduces the interrupt response and fault confirmation time, greatly shortens the response time of the system and increases the reliability. The function call for processing fault records and the fault time are relatively separated in two software operation cycles, and the time-consuming operation for general software processing to save the erase records is transferred to the software operation cycle after MCU restart, thus effectively reducing the possibility of mishandling.

【技术实现步骤摘要】
EPS控制模块及其控制系统和控制方法
本专利技术涉及汽车领域，特别是涉及一种EPS(电动转向系统)控制模块。本专利技术还涉及一种EPS控制系统和一种EPS控制方法。
技术介绍
电动助力转向系统(ElectricPowerSteering，缩写EPS)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，与传统的液压助力转向系统HPS(HydraulicPowerSteering)相比，EPS系统具有很多优点。EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成。如图1所示，现有汽车底盘电子控制领域传统的EPS系统助力关闭方案说明如下：1、EPS电控系统，主要组成包括一个承担主控制功能的单片机(MCU)、系统基础芯片(SBC)、带有与门逻辑的MOSFET驱动桥电路、传感器与执行器、其他控制器(ECU)电路等。2、单片机(MCU)是承载电控逻辑运算与控制的主控制芯片，当单片机(MCU)内发生故障时，芯片可将故障报警源(Alarm_X)的信号收集至安全管理单元(SMU)，并由故障管理单元实现触发相应的中断服务(ISR)，再通过单片机输入输出功能模块(GPIO)实现中断服务程序的相应硬件信号控制，从而软件路径上最终实现关闭MOSFET驱动桥电路的助力电机输出。3、系统基础芯片(SBC)是具有外部时序监控与复位、模拟自检(ABIST)与逻辑自检(LBIST)、SPI通信接口等功能的辅控制芯片，其内部包含一条安全状态总线(SafeStateBus，简称SSB)专用于收集各模块运行状态传递至安全状态控制单元(SafeStateControl，简称SSC),并由其判定与功能安全相关的异常与否，当异常发生时经过ResetControl单元外发复位MCU的硬线信号ROT、发出硬线关闭信号SS1，从而在硬件路径上最终实现关闭MOSFET驱动桥电路的助力电机输出。4、故障处理方法上，现有的EPS电控软件一般设置系统管理类(SysMgm)软件模块，实现周期性地调用基础软件(BSW)函数接口对Alarm_X相关寄存器(AlarmStatusRegisters，简称ASR)的访问，和通过SPI通信接口对片外SBC端的SSB信息的读取，从而实现将MCU和SBC各故障信息读取诊断并记录保存。上述关闭助力和故障处理方法，虽然在一定程度上有效地使得违背电控转向系统的安全的异常得到有效的处理和保存，但是存在一定不足：①从MCU与SBC数据交互方向上看，只有SBC向MCU传递故障信息状态，且MCU以周期性的SPI帧主结点访问形式的时效性极低，缺乏SBC向MCU在硬件上的实时报错的数据流信号线。②当MCU端的程序跑飞时，一定程度上“Alarm_X->SMU->ISR->GPIO”这条关闭路径上的各模块的软件调用和控制逻辑的正确性也是无法保证的，而且中断服务ISR的优先级较高将打断SysMgm对故障的记录保存过程。③从软件复杂度角度来看，由于MCU受到SBC的复位操作是被动的，软件处理上在同一次软件运行周期内很难来得及诊断和处理SPI帧中的SBC故障信息，往往只能在重启运行后读取到MCU端的部分未掉电丢失的Alarm_X相关寄存器中的故障信息，从而增加了软件处理的复杂度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能保证MCU与SBC之间实时双向数据交互，能降低了EPS故障处理的软件复杂度，提高EPS故障处理速度的的EPS控制模块。本专利技术还提供了一种EPS控制系统以及一种EPS控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种EPS控制模块，该EPS控制模块的单片机MCU的安全管理单元SMU和系统基础芯片SBC的故障监控单元ErrorMonitor之间增设第一连接硬线S1,单片机MCU的输入输出功能模块GPIO和系统基础芯片SBC的安全状态控制单元SSC之间增设第二连接硬线S2。其中，所述安全管理单元SMU发送协议信号至故障监控单元ErrorMonitor，故障监控单元ErrorMonitor具有协议信号监控功能，监控协议信号误差是否小于预设协议信号误差阈值，系统基础芯片SBC对单片机MCU时钟源总线具有监控功能。当软件运行正常且安全管理单元SMU未收集到故障源Alarm_X异常信息时，维持输出协议信号；当软件运行正常或安全管理单元SMU收集到故障源Alarm_X异常信息时，立即停止输出协议信号。其中，所述协议信号优选为频率1KHz～50KHz，占空比5％～95％的方波PWM信号。最优为协议信号为频率是25KHz,占空比是50％的方波PWM信号。当所述协议信号为方波PWM信号时，该方波PWM信号误差阈值如下，频率误差阈值为5％，占空比误差阈值为10％。进一步改进所述的EPS控制模块，故障监控单元ErrorMonitor通过第一连接硬线S1捕获协议信号；如果协议信号连续维持，则识别为实时在线的单片机MCU工作状态正常；如果协议信号停止或丢失，则识别为单片机MCU存在异常的工作状态且不可恢复，立即向安全状态总线SSB传递监控出的异常报警。其中，安全状态控制单元SSC收到安全状态总线SSB的异常报警信号，则立即发送出第一信号SS1至助力电机逻辑控制电路，安全状态控制单元SSC延时第一预设时段后改变第二连接硬线S2电平状态。进一步改进所述的EPS控制模块，安全状态控制单元SSC延时第一预设时段后将第二连接硬线S2电平状态由高电平变为低电平。第一预设时段为5ms～30ms。优选第一预设时段为20ms。从功能安全角度考虑，增加延时值设计，有效避开了因复位过程中对第二连接硬线S2电平状态的扰动时间区，增强了电控信号正确识别的严谨性。本专利技术提供一种利用上述EPS控制模块的EPS控制系统，该EPS控制系统关断助力采用以下步骤：步骤一：初始化上电运行时，单片机MCU配置安全管理单元SMU输出协议信号至其故障引脚ErrorPin；步骤二：单片机MCU通过SPI通信方式配置故障监控单元ErrorMonitor，监控由故障引脚ErrorPin输入的协议信号，若系统基础芯片SBC识别到单片机MCU各输出状态均正常则控制保持助力电机工作正常；该识别功能由芯片内部机制实时监控；步骤三：单片机MCU软件通过SPI通信，读取第二连接硬线S2的信号电平，若系统基础芯片SBC各输出状态均正常，控制保持助力电机工作正常；该识别功能由软件任务周期性查询；步骤四：当故障源Alarm_X异常发生或周期性查询模块ASR的相应的寄存器故障标志位被置起时，安全管理单元SMU立即停发协议信号；步骤五：系统基础芯片SBC的故障监控单元ErrorMonitor将单片机MCU的故障源异常状态通过安全状态总线SSB传递至安全状态控制单元SSC；步骤六：安全状态控制单元SSC改变第三连接硬线S3和第四连接硬线ROT的电平状态，此时EPS系统助力电机输出被硬件路径关断并且MCU及软件处于复位过程；第三连接硬线S3是安全状态控制单元SSC与助力电机逻辑控制电路之间的连接线硬线，第四连接硬线ROT是单片机MCU复位模块ResetControl1和系统基础芯片SBC复位模块ResetControl2之间的连接线硬线；步骤七：延时第二预设时段安全状态控制单元SSC改变第二连接硬线S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种EPS控制模块，其特征在于：该EPS控制模块的单片机(MCU)的安全管理单元(SMU)和系统基础芯片(SBC)的故障监控单元(Error Monitor)之间增设第一连接硬线(S1),单片机(MCU)的输入输出功能模块(GPIO)和系统基础芯片(SBC)的安全状态控制单元(SSC)之间增设第二连接硬线(S2)。

【技术特征摘要】
1.一种EPS控制模块，其特征在于：该EPS控制模块的单片机(MCU)的安全管理单元(SMU)和系统基础芯片(SBC)的故障监控单元(ErrorMonitor)之间增设第一连接硬线(S1),单片机(MCU)的输入输出功能模块(GPIO)和系统基础芯片(SBC)的安全状态控制单元(SSC)之间增设第二连接硬线(S2)。2.如权利要求1所述的EPS控制模块，其特征在于：所述安全管理单元(SMU)发送协议信号至故障监控单元(ErrorMonitor)，故障监控单元(ErrorMonitor)具有协议信号监控功能，监控协议信号误差是否小于预设协议信号误差阈值，系统基础芯片(SBC)对单片机(MCU)时钟源总线具有监控功能。3.如权利要求2所述的EPS控制模块，其特征在于：当软件运行正常且安全管理单元(SMU)未收集到故障源(Alarm_X)异常信息时，维持输出协议信号；当软件运行正常或安全管理单元(SMU)收集到故障源(Alarm_X)异常信息时，立即停止输出协议信号。4.如权利要求2所述的EPS控制模块，其特征在于：所述协议信号为频率1KHz～50KHz，占空比5％～95％的方波PWM信号。5.如权利要求4所述的EPS控制模块，其特征在于：协议信号为频率是25KHz,占空比是50％的方波PWM信号。6.如权利要求4所述的EPS控制模块，其特征在于：当所述协议信号为方波PWM信号时，该方波PWM信号误差阈值如下，频率误差阈值为5％，占空比误差阈值为10％。7.如权利要求3所述的EPS控制模块，其特征在于：故障监控单元(ErrorMonitor)通过第一连接硬线(S1)捕获协议信号；如果协议信号连续维持，则识别为实时在线的单片机(MCU)工作状态正常；如果协议信号停止或丢失，则识别为单片机(MCU)存在异常的工作状态且不可恢复，立即向安全状态总线(SSB)传递监控出的异常报警。8.如权利要求7所述的EPS控制模块，其特征在于：安全状态控制单元(SSC)收到安全状态总线(SSB)的异常报警信号，则立即发送出第一信号(SS1)至助力电机逻辑控制电路，安全状态控制单元(SSC)延时第一预设时段后改变第二连接硬线(S2)电平状态。9.如权利要求8所述的EPS控制模块，其特征在于：第一预设时段为5ms～30ms。10.如权利要求9所述的EPS控制模块，其特征在于：第一预设时段为20ms。11.如权利要求8所述的EPS控制模块，其特征在于：安全状态控制单元(SSC)延时第一预设时段后将第二连接硬线(S2)电平状态由高电平变为低电平。12.一种利用权利要求1所述EPS控制模块的EPS控制系统，其特征在于，该EPS控制系统关断助力采用以下步骤：步骤一：初始化上电运行时，单片机(MCU)配置安全管理单元(SMU)输出协议信号至其故障引脚(ErrorPin)；步骤二：单片机(MCU)通过SPI通信方式配置故障监控单元(ErrorMonitor)，监控由故障引脚(ErrorPin)输入的协议信号，若系统基础芯片(SBC)识别到单片机(MCU)各输出状态均正常则控制保持助力电机工作正常；步骤三：单片机(MCU)软件通过SPI通信，读取第二连接硬线(S2)的信号电平，若系统基础芯片(SBC)各输出状态均正常，控制保持助力电机工作正常；步骤四：当故障源(Alarm_X)异常发生或周期性查询模块(ASR)的相应的寄存器故障标志位被置起时，安全管理单元(SMU)立即停发协议信号；步骤五：系统基础芯片(SBC)的故障监控单元(ErrorMonitor)将单片机(MCU)的故障源异常状态通过安全状态总线(SSB)传递至安全状态控制单元(SSC)；步骤六：安全状态控制单元(SSC)改变第三连接硬线(S3)和第四连接硬线(ROT)的电平状态；第三连接硬线(S3)是安全状态控制单元(SSC)与助力电机逻辑控制电路之间的连接线硬线，第四连接硬线(ROT)是单片机(MCU)复位模块(ResetControl1)和系统基础芯片(SBC)复位模块(ResetControl2)之间的连接线硬线；步骤七：延时第二预设时段安全状态控制单元(SSC)改变第二连接硬线(S2)电平状态，此时单片机(MCU)及软件处于复位后的重启初始化过程，若输入输出功能模块(GPIO)识别第二连接硬线(S2)电平状态变化转入故障处理。13.如权利要求12所述的EPS控制系统，其特征在于：步骤六中，第三连接硬线(S3)和第四连接硬线(ROT)的电平状态均由高电平变为低电平。14.如权利要求12所述的EPS控制系统，其特征在于：步骤七中，第二连接硬线(S2)的电平状态由高电平变为低电平。15.如权利要求12所述的EPS控制系统，其特征在于：步骤七中，第二预设时段为5ms～30ms。16.如权利要求15所述的EPS控制系统，其特征在于：步骤七中，第二预设时段为20ms。17.如权利要求12所述的EPS控制系统，其特征在于，该EPS控制系统故障处理采用以下步骤：步骤1：重启初始化后，输入输出功能模块(GPIO)若识别第二连接硬线(S2)电平状态为非正常，则触发系统管理类软件模块(SysMgm)进入故障善后处理函数分支；步骤2：系统管理类软件模块(SysMgm)调用基础软件模块(BSW)查询周期性查询模块(ASR)中的上次软件运行周期内故障源(Alarm_X)相应的故障标志位信息，从而获得寄存器内具体的错误码信息；步骤3：系统管理类软件模块(SysMgm)调用基础软件模块(BSW)故障记录功能函数，将错误码信息保存到非易失性存储器中，并回读确认是否存储成功后，判断是否向系统管理...

【专利技术属性】
技术研发人员：张善，孟永刚，张宗哲，罗来军，芦勇，陈惠，
申请(专利权)人：联创汽车电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31